[工學]第五章感應測井.ppt

第五章感應測井 感應測井 InductionLogging 感應測井 普通電阻率側(cè)井 側(cè)向測井方法只有在井內(nèi)介質(zhì)導電時才能使用感應測井用交變電流的互感原理測量地層的電導率感應測井對淡水泥漿 電阻率中到低的地層有較好的應用價值 因而在淡水砂泥巖剖面得到廣泛的應用 第一節(jié)感應測井原理 電磁感應現(xiàn)象 一 井下儀器 發(fā)射線圈T 接收線圈R 振蕩器 20kHz 放大器 相敏檢波器 二 原理的定性描述 1 給T供正弦交變電流IT 在R中產(chǎn)生一次感應電動勢Vx 在地層中產(chǎn)生交變電流IL 4 交變電流IL產(chǎn)生二次交變電磁場 2 5 在R中產(chǎn)生二次感應電動勢VR 2 在周圍產(chǎn)生一次交變電磁場 1 一次感應電動勢Vx與二次感應電動勢VR相差90o VR與VX的相位關(guān)系 三 DOLL幾何因子理論 1 單元環(huán)的概念 將地層分割成無數(shù)個以井軸為中心 截面積很小 半徑不同的圓環(huán) 這些圓環(huán)的平面與井軸垂直 可把這些圓環(huán)看成導電線圈 稱之為地層單元環(huán) GroundLoop 2 DOLL幾何因子理論概述 1 線圈系周圍的介質(zhì)是由無數(shù)個單元環(huán)組成 2 發(fā)射線圈引起的渦流分別在單元環(huán)中流動 3 每個單元環(huán)都單獨存在 且在接收線圈中產(chǎn)生有用信號de 感應電動勢 4 接收線圈中有用信號VR 感應電動勢 是所有單元環(huán)的有用信號de之和 假設(shè)單元環(huán)的電磁場之間互不發(fā)生作用 假設(shè)電磁波瞬間便可通過地層 3 用幾何因子理論導出VR 在通過z的子午面上 用drdz面積元代表單元環(huán) 以線圈中點為坐標原點 井軸為Z軸 建柱坐標系r z 設(shè)介質(zhì)關(guān)于Z軸旋轉(zhuǎn)對稱 取一個半徑為r的單元環(huán) 其在r z坐標系中方程為r 常數(shù) z 常數(shù) 1 單元環(huán)中感應電動勢de 渦流dI 磁通量 H 磁場強度 積分面積 1 磁偶極子的偶極距M M的方向為載流線圈平面法線方向 即井軸方向 式中 nT 發(fā)射線圈匝數(shù)ST 發(fā)射線圈面積I 發(fā)射電流的電流強度 2 M在部分球面上任一點的磁場強度矢徑方向的分量HR為 3 通過部分球面的磁通 球面上面積元 4 單元環(huán)的感應電動勢de 5 單元環(huán)中渦流dI 根據(jù)歐姆定律 單元環(huán)的電阻為r環(huán)為 畢奧 沙伐爾定律 圓形電流上電流元dl在軸線上任一點P處 離電流元距離為R 的磁感應強度dB為 2 接收線圈中感應電動勢de 1 接收線圈處磁場強度H z z方向的 單元環(huán)上的dl 在R處的磁場強度dH 為 dH 是在Z軸與 R的平面上 且垂直于 R 整個單元環(huán)中渦流在p點的磁場強度Z分量為 2 接收線圈中磁通 磁通鏈數(shù)nR 一匝線圈的 接收線圈是串聯(lián)的nR匝線圈 磁通總和 3 接收線圈中感應電動勢de 4 接收線圈中總的電動勢VR 如介質(zhì)是均勻無窮的 則 可以證明 視電阻率 非均勻介質(zhì) 5 DOLL幾何因子 微分幾何因子 g的物理意義 均勻介質(zhì) 非均勻介質(zhì) g是截面積為1的單元環(huán)真電導率對視電導率貢獻的百分比 相對貢獻大小 如截面積 單元環(huán) drdz 1 則 g是截面積為1的單元環(huán)的有用信號占均勻介質(zhì)有用信號的百分比 單元環(huán)的位置不同 g的大小不同 6 無用信號 互感電動勢 Vx 由幾何因子理論得到 Vx與電導率無關(guān) Vx與VR相位相差900 一 雙線圈系的探測特性 1 橫向微分幾何因子gr gr的物理意義 半徑為r 厚度為1的無限長圓筒狀介質(zhì)對測量結(jié)果的相對貢獻 第二節(jié)感應測井探測特性 定義 a 半徑不同的圓筒介質(zhì)相對貢獻大小 b r L 0 45達到極大值 說明 0 45處介質(zhì)對測量結(jié)果貢獻最大 0 45 c 要增大探測深度 即要增大線圈距 2 橫向積分幾何因子 定義 意義 表示半徑為r的無限長圓柱介質(zhì)對測量結(jié)果的相對貢獻 探測半徑定義 把徑向積分幾何因子Gr 0 5時的圓柱體半徑定義為儀器的探測半徑 縱向積分幾何因子曲線 a 因Gr 0 故Gr是隨r單調(diào)遞增的 b 當r 0 Gr 0 r Gr 1 即全空間幾何因子為1 Gr 0 5的圓柱體半徑作為探測半徑 約0 8m 2 縱向探測特性 1 縱向微分幾何因子 設(shè)Z軸原點在雙線圈系中點 定義 意義 表示縱坐標為Z 厚度為1的無限延伸的水平狀介質(zhì) 對測量結(jié)果的相對貢獻 線圈縱向探測特性 圖6 3雙線圈系縱向微分幾何因子 a T R之間地層貢獻最大 為1 2L 之外的介質(zhì)貢獻按1 Z2減小 Z L b gZ決定縱向分辨力 要提高縱向分辨率 即薄層時目的層gZ占絕對大的比例 使gZ曲線的峰窄而且高 要求L要小 2 縱向積分幾何因子 定義 意義 表示厚度為2Z的無限延伸的平板狀地層對測量結(jié)果的相對貢獻 及圍巖的影響 如Gz 80 說明地層貢獻占80 圍巖影響占20 Gz曲線與Gr相似 單調(diào)增 Z Gz 1 縱向積分幾何因子曲線 探測深度淺 r 0 8m 分辨力低 h 2m Gz 0 7 無用信號比有用信號幅度高幾十甚至上千倍 3 雙線圈探測特性 發(fā)射 接收 7 7 0 8 0 9 100 25 100 25 二 復合線圈系設(shè)計原理 0 8米六線圈系 由L個串連的發(fā)射線圈和m個串連的接收線圈構(gòu)成的復合線圈系 將有L m個雙線圈系 總探測特性是這些雙線圈系疊加的結(jié)果 T1R1 主線圈對 各100匝 T2R2 補償線圈對 各25匝 減小井影響增加探測深度 T3R3 聚焦線圈對 各7匝 提高分層能力 減小圍巖影響 匝數(shù)的正和負這樣規(guī)定 繞向與主發(fā)射線圈一致的發(fā)射線圈 匝數(shù)為正 否則為負 繞向與主接收線圈一致的接收線圈 匝數(shù)為正 否則為負 0 8米六線圈系 1 復合線圈系的視電導率 L個發(fā)射線圈 m個接收線圈 每個發(fā)射線圈都與全部接收線構(gòu)成雙線圈對 產(chǎn)生有用信號 共有L m個雙線圈對 1 復合線圈系的全部有用信號 2 復合線圈系的線圈系系數(shù) 3 復合線圈系的視電導率 4 復合線圈系單元環(huán)微分幾何因子 2 復合線圈系設(shè)計基本原理 1 確定主線圈距 a 考慮分辨率 一般主線圈距小于1 5m b 要求井眼內(nèi)介質(zhì)對測量結(jié)果影響小 使Gm 0 如標準井徑r 0 25m 則r 0 25m在gr曲線上的位置不應超過gr最大值的2 3 匝數(shù) 決定信號的大小 常在100匝以上 可選 L 0 833 1m 一般常用1m為基礎(chǔ)設(shè)計 2 設(shè)置補償線圈 2 發(fā)射 接收 1 T1R1 2 T2R1 3 T1T2R1 a 在主線圈內(nèi)側(cè) b 繞向于主線圈相反 c 匝數(shù)明顯少于主線圈 2 兩側(cè)幾何因子明顯減小 R3 T1 T3 R1 接收 發(fā)射 1 T1R1 2 T1R3和T3R1 3 R3T1R1T3 3 設(shè)置聚焦線圈 a 在主線圈外側(cè) b 繞向與主線圈相反 c 匝數(shù)少于主線圈 6 使復合線圈系互感系數(shù)最小 即使總的互感系數(shù)趨于零 4 線圈系結(jié)構(gòu)對稱 5 有用信號損失不要過大 線圈匝數(shù) 1 0 8m六線圈系gr 2 0 8m六線圈系Gr3 主線圈對的gr 4 主線圈對的Gr 3 1 2 4 1 0 8m六線圈系的探測特性 1 3 2 4 GZ gZ Z m 1 00 90 80 70 60 50 40 30 20 1 00 51 01 52 02 53 0 3 主線圈對的gz 4 主線圈對的Gz 1 0 8m六線圈系gz 2 0 8m六線圈系Gz 1 主線圈距L 0 8m 記錄點在L中點 2 井徑小于0 3m Gr 0 無井眼的影響 3 當Gr 0 5時 r 1 3m 即探測半徑約為1 3m 4 當目的層厚度為1 5m時 Gz 0 8 且Gz出現(xiàn)一段平直線 說明分層厚度約1 5m 此時圍巖影響約占20 2 雙感應線圈系的探測特性 1503型 圖6 10雙感應線圈系的橫向特性1 中感應gr 2 深感應gr 3 中感應Gr 4 深感應Gr 2 深感應gr 3 中感應Gr 4 深感應Gr 1 中感應gr 雙感應線圈系的橫向特性曲線 1 當井徑小于0 3m時 中感應Gr 0 當井徑小于0 7m時 深感應Gr 0 它們的gr曲線都有負值 說明井眼補償偏大 2 Gr 0 5中感應探測半徑約為0 8m 深感應探測半徑約1 7m 2 1 中感應gz 2 深感應gz 3 中感應Gz 4 深感應Gz 3 深感應gZ曲線對稱 a曲線也將是對稱的 而中感應gZ曲線明顯不對稱 a曲線也將是非對稱的 4 當Gz 0 8時 中感應對應地層厚度約0 8m深感應對應地層厚度約2m 3視電導率曲線及應用 一 感應測井儀的刻度 造一個 a已知的介質(zhì) 用儀器對其測量 得到VR 造 a已知的介質(zhì) 用一個半徑為r 電阻已知的圓環(huán) 用幾何因子理論 1 把刻度環(huán)看成一個電導率為 截面積為drdz的 半徑為r的單元環(huán) 環(huán)電導 造 a已知的刻度環(huán) 用一個半徑為r 電阻為P的圓環(huán) 2 將刻度環(huán)套在儀器某一位置 g確定 3 視電導率 a 幾何因子理論 4 給定刻度需要的 a 固定刻度環(huán)位置 計算需要的P 如0 8米六線圈系 環(huán)位于線圈中點 環(huán)半徑r 0 3 5 根據(jù)橫向比例尺 調(diào)節(jié)檢流計光點偏移量 常取 a 200 100 50ms m 刻度環(huán)需接入的電阻分別為2 25 4 5 9歐姆米 若記錄儀橫向比例尺為每厘米代表50ms m 檢流計光點依次偏轉(zhuǎn)4 2 1厘米 z 1 設(shè)大地縱坐標為Z 原點在井口 向下為正 線圈系中點的坐標為Z 2 儀器縱坐標為 向上為正 原點在線圈系的中點 二 感應測井視電導率曲線 3 儀器坐標系中坐標為 的點 縱向微分幾何因子為gz 在大地坐標系中的坐標為Z 電導率 Z 1 視電導率曲線計算 2 視電導率曲線 0 8m六線圈系 t 100ms m s 500ms mH 10m t 100ms m s 500ms mH 5m H 2m H 3m H 0 8m H 1 6m 特點 1 曲線形態(tài)對稱于地層中點 2 H 2米 半幅點對應地層界面 H 2米 半幅點厚度大于地層厚度 3 地層視電導率的代表值為其極值 4 H越小 視電導率與真電導率的差別越大 3 a的校正 1 井眼校正 幾何因子理論 解麥克斯韋方程 得接收線圈中感應電動勢 2 均勻介質(zhì)傳播效應校正 Pjk 第j個發(fā)射線圈與第k個接收線圈間的傳播系數(shù) 感應測井傳播效應校正圖版 3 感應測井的應用 1 應用條件 淡水泥漿 砂泥巖剖面 儲層為中低阻 中厚層 2 雙感應 聚焦測井組合儀 包括 ILD 深感應 ILM 中感應 淺聚焦 八側(cè)向或球形聚焦 a 劃分巖性剖面 H 2m 半幅點對應地層界面 b 確定Rt Sw a Rt 返回 畢奧 沙伐爾 拉普拉斯公式 圓形電流上電流元dl在軸線上